(57)【要約】      （修正有）【課題】一方向プリプレグ原反を使用し、任意の希望角度を繊維方向とした長尺の繊維強化樹脂シートを製作する際に、シート全体で強度を確保したシートで繊維強化プラスチックを製造する方法を提供する。【解決手段】樹脂を含浸させた一方向性連続繊維から成る繊維強化樹脂シート３、４´、５´、６´を積層し、互いに隣接して積層するシートのそれぞれの繊維方向１が交差する構造の繊維強化プラスチックを製造するに際して、繊維強化樹脂シート原反３として、長手方向２と繊維方向１とが一致する長尺の連続繊維３を使用し、この長尺連続繊維３の幅と略同一の長さＷを切断間隔として、繊維方向１に対して所定の角度に、原反３を切断する第１工程と、切断した原反３から成る原反小片４を、それぞれ繊維方向１を揃えると共に切断間隔を長尺幅Ｗに合致させた状態で、繊維方向１の異なる長尺連続繊維３上に、連続して載置する第２工程と、連続載置した原反小片４から成る長尺体を、下地の長尺連続繊維３とともに、加熱及び加圧する第３工程とを順次行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含浸させた一方向性連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを複数積層し、互いに隣接して積層する前記シートのそれぞれの繊維方向が交差する構造を含む繊維強化プラスチックを製造する方法であって、
繊維強化樹脂シート原反として、長手方向と繊維方向とが一致する、長尺の連続繊維を使用するものにおいて、
該長尺連続繊維の幅と略同一の長さを切断間隔として、繊維方向に対して所定の角度に、前記原反を切断する第１工程と、
切断した原反から成る原反小片を、それぞれ繊維方向を揃えると共に切断間隔を長尺幅に合致させた状態で、繊維方向の異なる長尺連続繊維上に、連続して載置する第２工程と、
連続載置した原反小片から成る長尺体を、下地の長尺連続繊維とともに、温度制御し加圧する第３工程と、
を備えることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法に関し、特に、繊維強化プラスチックを構成する繊維強化樹脂シート（プリプレグ）原反が巻取り式などの長尺形状で提供される場合に、この原反を複数積層して形成される繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックは、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂などをマトリックス（母材）として、炭素繊維、ガラス繊維などの各種繊維で強化した材料である。この繊維強化プラスチックは、比強度、比剛性が高いため、軽量かつ高強度が要求される自動車部品、航空機部品、電気機器部品などに幅広く使用されている。
【０００３】
繊維強化プラスチックの製造方法としては、例えば、ガラスクロスなどの補強材に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を均等に含浸させ、乾燥させた繊維強化樹脂シート（プリプレグ）を製作し、これを複数積層した後に、加圧加熱して所要の形状に一体化する積層成形法が知られている。
【０００４】
このような繊維強化プラスチックでは、補強材として連続繊維を用いた場合、連続繊維の長手方向での強度、靱性が高いため、より高強度、軽量化が要求される部材に用いられる。その一方、連続繊維の長手方向と直交する方向では、強度、靱性が低く、機械的特性に異方性を有すると言える。このような異方性を緩和するために、繊維方向の異なる３枚以上の繊維強化樹脂シートを、仮想中心面を挟んで対称配置となる組合せで積層させたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、繊維強化樹脂シートの積層を確実かつ容易に行うために、熱間ローラや冷間ローラを用い、繊維方向にかかわらず、複数のシートを一括的に積層するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、特許文献３などにも記載されるように、現在商品として提供される繊維強化樹脂シート原反は、長手方向と繊維方向とが一致した長尺の一方向プリプレグと呼ばれるものである。また、繊維方向が互いに交差したクロスプリプレグと呼ばれるものもある。即ち、繊維方向角度が０°に限定されており、例えば繊維方向が長尺方向（長手方向）に対して４５°に配向した原反商品は存在しない。よって、これが必要なときは、一方向プリプレグ原反を、希望の繊維方向角度の小片に切断し、この繊維方向角度の配向に揃えて再配列させながら、小片同士を互いに貼り合せる作業が必要となる。
【０００７】
特許文献３に示す装置は、この作業を自動化するものであるが、小片同士を接着で連続的に継合し、長尺連続繊維として再現しているため、長手方向に作用する力には弱い、という問題が残る。
【特許文献１】特公昭５６-５４２０７号公報（第２図（ｆ）、第４-６図）
【特許文献２】特開２００１-２９３７９０号公報（図１、第２頁）
【特許文献３】特許２８７６２４４号公報（第１-４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、プリプレグ原反を使用し、任意の希望角度を繊維方向とした長尺の繊維強化樹脂シートを製作する際に、シート全体で強度を確保し、このようなシートで繊維強化プラスチックを製造する方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、樹脂を含浸させた一方向性連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを複数積層し、互いに隣接して積層する前記シートのそれぞれの繊維方向が交差する構造を含む繊維強化プラスチックを製造するに際して、繊維強化樹脂シート原反として、長手方向と繊維方向とが一致する長尺の連続繊維を使用し、この長尺連続繊維の幅と略同一の長さを切断間隔として、繊維方向に対して所定の角度に、原反を切断する第１工程と、切断した原反から成る原反小片を、それぞれ繊維方向を揃えると共に切断間隔を長尺幅に合致させた状態で、繊維方向の異なる長尺連続繊維上に、連続して載置する第２工程と、連続載置した原反小片から成る長尺体を、下地の長尺連続繊維とともに、温度制御し加圧する第３工程とを順次行うものとした。
【００１０】
これによれば、長手方向と繊維方向とが一致する長尺の連続繊維、即ち、一方向プリプレグを共通の原反として使用し、以下工程が行われる。
第１工程：長尺連続繊維の幅と略同一長さの切断間隔で、繊維方向に対して所定の角度に
原反を切断することにより、繊維方向角度０°以外の繊維方向に揃った多数の
原反小片が作製される。
第２工程：各原反小片の繊維方向を揃えると共に切断間隔を長尺幅に合致させた状態で、
直下に隣接させた、繊維方向の異なる長尺連続繊維上に、各原反小片を継ぎ合
わせて連続的に載置することにより、原反小片の集合体が、同一の繊維方向を
有する長尺体形状となる。ただし、この時点では、各原反小片は継ぎ合わせで
互いに当接するのみであり、別体構成のままである。
第３工程：各原反小片で構成される長尺体を、下地の長尺連続繊維とともに温度制御し加          圧することにより、原反小片の当接部分が圧着され、長手方向に連続的に一体
化した状態となり、下地繊維シートとの積層が完成する。なお、本工程は、隣
接する下地シートとの積層のみに着目した内容としたが、長尺体全体を載置す
る長尺基体及び基体上の積層シートすべてを温度制御し加圧するものも含まれ
る。また、長尺基体としては、一方向プリプレグ原反をそのまま使用するのが
一般的である。
【００１１】
さらに、繊維強化樹脂シートが複数である場合には、隣接すべき一対のシートにおいて第１工程の切断角度を相違させたうえで、第１乃至第３工程を、各シートごとの工程サイクルとして繰り返す。これにより、互いに隣接して積層する繊維強化樹脂シートのそれぞれの繊維方向が交差し、さらに、各シートにおいて幅方向長さに過不足なく精度良く揃った状態で、複数の繊維強化樹脂シートの積層構造が完成される。
【００１２】
なお、繊維強化樹脂シートに用いる樹脂は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれの種類も用いられるが、熱硬化性樹脂を含浸させたシートを用いる場合、通常は、室温環境で粘着性を有する。この種の原反を用いる場合、第１工程における原反切断や第２工程の原反小片の連続載置の作業時に、小片同士が接触すると、その接触箇所で互いに接着することになり、切断や載置作業を妨げるおそれがある。
【００１３】
そこで、熱硬化性樹脂を用いる場合には、上記した第２工程以前に、原反または原反小片を冷却する冷却工程を加え、粘着性のない状態で原反あるいは原反小片を扱えるようにすると作業能率が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一方向プリプレグを共通の原反材料とし、第１工程において、繊維方向角度０°以外の繊維方向に揃った多数の原反小片を作製し、第２工程において、原反小片の集合体が同一繊維方向を有する長尺体を形成し、第３工程において、原反小片同士の当接部分が圧着され、長手方向に連続的に一体化して、下地繊維シートとの積層が完成する。そして、隣接すべき一対のシートにおいて第１工程の切断角度を相違させたうえで、第１乃至第３工程を各シートごとの工程サイクルとして繰り返す。
【００１５】
これにより、互いに隣接して積層する繊維強化樹脂シートのそれぞれの繊維方向が交差する構造を含み、さらに、各シートにおいて幅方向長さに過不足なく精度良く揃った状態で、複数の繊維強化樹脂シートの積層構造が完成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上記したように、本発明による繊維強化プラスチックの製造方法は、樹脂を含浸させた連続繊維から成る一方向性プリプレグ原反に対して、これを切断する第１工程と、繊維方向を揃えた原反小片を連続して載置する第２工程と、連続載置した原反小片による長尺体を温度制御し加圧する第３工程とで構成される。そして、図１により第１工程を示し、図２により第２工程を示し、図３により第３工程を示し、また、図４は第１乃至第３工程を経て得られる繊維強化プラスチックの完成図を示す。
【００１７】
図１の各図を用いて本発明方法の第１工程を説明する。図１（ａ-１）では、繊維方向１と長手方向２とが一致した、長尺幅Ｗの一方向性プリプレグ原反３を用い、これを繊維方向１に対して１３５°（-４５°）の角度で切断する。このときの切断間隔を長尺幅Ｗと略同一にする。この切断作業を連続して行うことにより、図１（ａ-２）に示すように繊維方向角度-４５°及び高さＷに揃った同形のプリプレグ原反小片４が複数個得られる。
【００１８】
同様に、図１（ｂ-１）及び（ｂ-２）では、繊維方向角度４５°及び高さＷに揃ったプリプレグ原反小片５が得られ、図１（ｃ-１）及び（ｃ-２）では、繊維方向角度９０°及び高さＷに揃ったプリプレグ原反小片６が得られる。
【００１９】
次の第２工程においては、このようにして得られたプリプレグ原反小片４、５、６を、繊維方向で類別した種類ごとに、長尺基体たるプリプレグ原反３上に載置する。即ち、図２に示すように繊維方向角度１３５°（-４５°）の原反小片４の高さＷを、直下のプリプレグ原反３の幅Ｗに合致させた状態で、原反３上に載置する。このとき、原反小片４の高さＷとプリプレグ原反３の幅Ｗとが確実に合致するように、プリプレグ原反３の両側線に沿って、両側線間距離を長さＷに規制するガイド７、７が設置されている。即ち、原反小片４を載置する位置は、ガイド７、７間である。
【００２０】
なお、基体たるプリプレグ原反３は、紙面右方向の長手方向に連続して繰り出されており、プリプレグ原反３上に載置された原反小片４は、原反３の繰り出しに伴って同じ方向に移動する。そして、ガイド７、７位置に対して原反小片４が１個分移動した時点において、繊維方向を揃えた状態で次の原反小片４をプリプレグ原反３上に載置する。これにより、原反小片４、４が両者間で隙間を生じずに継ぎ合わされる。この載置作業を連続して行うことで、原反小片４、４、４・・・の集合体が繊維方向の揃った長尺体を形成する。
【００２１】
また、これと同様の載置作業を、原反小片５及び６においても行う。即ち、ガイド８、８位置において、原反小片４が載置されたプリプレグ原反３上に、繊維方向角度４５°の原反小片５、５、５・・・を、繊維方向が揃った状態で連続して載置し、また、原反小片４及び５が載置されたプリプレグ原反３上に、繊維方向角度９０°の原反小片６、６、６・・・を、繊維方向が揃った状態で連続して載置する。これらの載置作業を各原反小片４、５、６ごとに並行して行うことにより、互いに隣接するプリプレグ原反３、４、５、６の繊維方向が交差した状態で、４種類の繊維方向の長尺体から成る４層積層体が得られる。ただし、この段階では、原反小片４、５、６は継ぎ合わせで互いに当接するのみであり、別体構成のままである。
【００２２】
そこで、第３工程では、この４層積層体に対して温度制御し加圧を行うことで、原反小片４、５、６を圧着し、長手方向に連続する一体構成とする。図３は、第３工程を行うための装置の概略図である。この装置には、巻物原反３´から搬送ローラ１０により繰り出されたプリプレグ原反３を挟むガイド７、８、９と、原反３を架設する加圧ローラ１１、１２、１３とが設けられている。また、ガイド７、８、９付近の原反小片４、５、６の載置位置の前後に、冷却機構１４及び加熱機構１５が設置されている。
【００２３】
この冷却機構１４は、冷風送風装置や冷蔵庫などを転用しても良く、プリプレグ原反３の含浸樹脂が熱硬化性樹脂である場合の粘着性を低減させるものである。つまり、作業前に原反小片４の粘着性を減じ、作業能率を向上させる目的で設置される。一方、加熱機構１５は、ハロゲンヒータや赤外線ヒータなどで良く、これにより、原反小片４及びこれを載置したプリプレグ原反３とを加熱する。
【００２４】
そして、図３（ａ）に示すように、搬送ローラ１０によりプリプレグ原反３を連続的に繰り出しつつ、ガイド７付近位置で原反小片４を連続して載置し（第２工程参照）、プリプレグ原反３上に原反小片４を隙間無く載置する。そして、このままの状態で、原反小片４、４、４・・・を載置したプリプレグ原反３を加圧ローラ１１で加圧する。この際、原反小片４、４、４・・・の継ぎ合せ部分が圧着され、長手方向に連続的に一体化した長尺連続繊維４´に改質される。そして、加圧ローラ１１以降で、互いに繊維方向が相違する長尺連続繊維４´とプリプレグ原反３との積層が完成する。
【００２５】
図３（ａ）は、搬送ローラ１０により繰り出され、プリプレグ原反３に載置された長尺連続繊維４´がガイド８付近に到達した状態が示されている。次の図３（ｂ）は、この状態のガイド８付近位置で、さらに長尺連続繊維４´上に、原反小片５を連続して載置し（第２工程参照）、プリプレグ原反３及び長尺連続繊維４´上に原反小片５を隙間無く載置する作業を行う状態を示す。原反小片５の載置の前後に、冷却機構１６及び加熱機構１７が設置される目的は、ガイド７付近における冷却機構１４及び加熱機構１５と同様である。
【００２６】
そして、図３（ｃ）に示すように、このままの状態で、原反小片５、５、５・・・を載置したプリプレグ原反３を加圧ローラ１２で加圧する。この際、原反小片５、５、５・・・の継ぎ合せ部分が圧着され、長手方向に連続的に一体化した長尺連続繊維５´に改質されるのも上記と同様である。そして、加圧ローラ１２以降で、互いに繊維方向が相違する長尺連続繊維４´と長尺連続繊維５´との積層が完成する。
【００２７】
図３（ｃ）は、搬送ローラ１０により繰り出され、プリプレグ原反３に載置された長尺連続繊維５´がガイド９付近に到達した状態が示されている。次の図３（ｄ）は、この状態のガイド９付近位置で、さらに長尺連続繊維５´上に、原反小片６を連続して載置し（第２工程参照）、プリプレグ原反３、長尺連続繊維４´及び長尺連続繊維５´上に原反小片６を隙間無く載置する作業を行う状態を示す。原反小片６の載置の前後に、冷却機構１８及び加熱機構１９が設置される目的は、ガイド７付近における冷却機構１４及び加熱機構１５などと同様である。
【００２８】
そして、図３（ｃ）に示すように、このままの状態で、原反小片６、６、６・・・を載置したプリプレグ原反３を加圧ローラ１３で加圧する。この際、原反小片６、６、６・・・の継ぎ合せ部分が圧着され、長手方向に連続的に一体化した長尺連続繊維６´に改質されるのも上記と同様である。そして、加圧ローラ１３以降で、互いに繊維方向が相違する長尺連続繊維５´と長尺連続繊維６´との積層が完成する。
【００２９】
図３（ｄ）では、原反小片４、５、６をそれぞれガイド７、８、９付近で連続して載置する第２工程と、原反小片集合体をそれぞれ加熱機構１５、１７、１９及び加圧ローラ１１、１２、１３を用いて加熱、加圧する第３工程とを並行して行う様子が示される。そして、これら工程を経ることにより、図４に示すように、プリプレグシート３、４´、５´、６´中で互いに隣接して積層するものそれぞれの繊維方向が交差し、さらに、シート３、４´、５´、６´において幅方向長さＷに過不足なく精度良く揃った状態で、繊維強化プラスチックを構成する積層構造が完成する。
【００３０】
ところで、上記では含浸樹脂に熱硬化性樹脂を用い、図３に示す装置に対して、冷却機構１４、１６、１８を設置することにより、室温環境下での粘着性対策を行ったが、熱可塑性樹脂を用いる場合は冷却機構を不要とすることもできる。熱硬化性樹脂の場合と異なり、熱可塑性樹脂は室温下で取り扱いが容易で作業性に問題がないため、冷却機構を除去した簡便な装置（例えば図５参照。）を用いることにより、上記と同様に繊維強化プラスチックの積層構造が完成される。
【００３１】
なお、図３及び図５の装置において、原反小片４、５、６をそれぞれ載置した後に、加熱及び加圧の第３工程を行う構成としているが、原反小片４、５、６の続載置を先に完了させ、その後、これらを載置したプリプレグ原反３ごと加熱及び加圧を行う簡便法を用いても同様の積層構造が得られる。各々の加圧ローラに加熱機構を設けるようにしても良い。尚、原反小片４、５、６の繊維方向角度、載置順番はこの限りではなく、必要に応じて変えてもよい。
【実施例１】
【００３２】
図３に示す装置により、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ原反３を用い、繊維方向角度０°（プリプレグ原反３）、-４５°（原反小片４）、４５°（原反小片５）、９０°（原反小片６）による４層積層体を製作した。このとき、冷却機構１４、１６、１８には、冷風送風装置や冷蔵庫を用い、約１０℃（熱硬化性樹脂が粘着性を示さない温度に相当）にて冷却を行った。また、加熱機構１５、１７、１９には、ハロゲンヒータや赤外線ヒータ等を用い、約４５℃から５０℃（熱硬化性樹脂が粘着性を示す温度以上硬化温度以下に相当）にて加熱を行った。また、加圧ローラ１１、１２、１３には、１ＭＰａ以下程度の圧力負荷を印加した。この結果、図４に示すように、互いに隣接して積層するプリプレグシートのそれぞれの繊維方向が交差し、さらに、各シートにおいて幅方向長さに過不足なく精度良く揃った状態の積層構造が得られた。
【実施例２】
【００３３】
図３に示す装置により、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれかの熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグ原反３を用い、繊維方向角度０°（プリプレグ原反３）、-４５°（原反小片４）、４５°（原反小片５）、９０°（原反小片６）による４層積層体を製作した。このとき、冷却機構１４、１６、１８には、冷風送風装置や冷蔵庫を用い、約１００℃（熱可塑性樹脂の溶融温度以下に相当）にて冷却を行った。また、加熱機構１５、１７、１９には、ハロゲンヒータや赤外線ヒータを用い、約１５０℃から２２０℃（熱可塑性樹脂の溶融温度以上に相当）にて加熱を行った。また、加圧ローラ１１、１２、１３には、１ＭＰａ以下程度の圧力負荷を印加した。この結果、図４に示すように、互いに隣接して積層するプリプレグシートのそれぞれの繊維方向が交差し、さらに、各シートにおいて幅方向長さに過不足なく精度良く揃った状態の積層構造が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、一方向性プリプレグ原反を用いた繊維強化プラスチックの製造に活用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１工程を示す工程図（ａ-１）繊維方向角度-４５°の原反小片を切断する模式図（ａ-２）（ａ-１）により得られる繊維方向角度-４５°の原反小片（ｂ-１）繊維方向角度４５°の原反小片を切断する模式図（ｂ-２）（ｂ-１）により得られる繊維方向角度４５°の原反小片（ｃ-１）繊維方向角度９０°の原反小片を切断する模式図（ｃ-２）（ｃ-１）により得られる繊維方向角度９０°の原反小片
【図２】本発明の第２工程を示す工程図
【図３】（ａ）〜（ｄ）本発明の第３工程を示す工程図
【図４】本発明による４層積層構造の完成斜視図
【図５】熱可塑性樹脂を用いたときの繊維強化プラスチック製造装置
【符号の説明】
【００３６】
１                  繊維方向
２                  長手方向（長尺方向）
３                  プリプレグ原反
４  ５  ６          原反小片
１１  １２  １３    加圧ローラ
１４  １６  １８    冷却機構
１５  １７  １９    加熱機構
Ｗ                  長尺幅、切断間隔
【図１】
2006188597.tif 000003
【図２】
2006188597.tif 000004
【図３】
2006188597.tif 000005
【図４】
2006188597.tif 000006
【図５】
2006188597.tif 000007